高密度电法在房屋建筑工程勘察中的应用

【摘要】通过分析高密度电法的原理，结合具体建设案例，分析岩土工程勘察中高密度电法的应用，充分发挥高密度电法的作用，提高岩土工程勘察质量。

【关键词】岩土勘察；高密度电法；应用分析

某住房建设工程包含多幢地上33 层、地下3 层住宅楼及其他附属设施。在进行详勘前，先在拟建场地内划出测试场地对垃圾坑进行勘探，查明场区垃圾坑分布区域、深度范围及回填物性质，为下一步确定设计方案、预算造价提供依据。根据掌握的场区附近的地质资料，拟建场区地下水类型为潜水，埋深约25m。利用高密度电法能够获得拟建场地岩溶发育情况、隐伏构造、构造破碎带、岩溶、土洞等不良地质现象的分布和发育程度等，为设计、施工提供物探依据。

1、高密度电法原理分析

高密度电法又称高密度电阻率法，是以地壳中岩石的电阻率差异为物性前提条件，通过观测和研究人工电场的变化和分布规律，进而进行解决地质问题的一种勘探方法。和常规电法一样，高密度电法通过A、B 电极向地下供电（电流为I），然后测量M、N 极电位差ΔU，从而求得该记录点的视电阻率值ρs=K×ΔU/I。

根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题[1]。

图1　高密度电法工作系统

工程勘察中最常用高密度电法装置是温纳装置（图1）。测量时，AM=MN=NB=AB/3 为一个电极间距，探测深度为AB/3，A、B、M、N 逐点同时向右移动，得到第一层剖面线；接着AM、MN、NB 增大一个电极间距，A、B、M、N 逐点同时向右移动，得到另一层剖面数据；如此不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。

2、建设场地地质条件

地层按其成因年代及岩性可分为3 个主层，第①层为人工填土层，第②层为新近沉积层，第③层及以下为一般第四系沉积层，从上至下分别推测如下：

2.1 人工填土层

第①层：杂填土，黄褐色，松散－稍密，稍湿，以粘质粉土为主，含砖灰渣、建筑垃圾、植物根系等，本层综合层厚约0.4 ～ 1.8m[2]。

2.2 新近沉积层

第②层：粘质粉土，黄褐色，可塑，中压缩性，该层夹薄层砂质粉土，局部夹粉砂薄层，含姜石，本层综合层厚约0.4 ～ 2.1m。

第② 1 层： 细砂， 黄色， 湿， 中密， 本层综合层厚约0.5 ～ 1.2m。

2.3 一般第四系沉积层

第③层：卵石，杂色，稍湿－湿，稍密－密实，低压缩性，中粗砂充填，该层较厚，未揭穿。

3、高密度电法应用

考虑回填物的不均质性、松散程度各异，浅层电阻率应呈现变化较大、无规律的特性；底部为未扰动中密卵石层，电阻率分布应随介质密实程度及含水率变化呈现一定规律性，在回填物与卵石分界面处，存在明显电性差异，满足高密度电法测试的前提条件。因此，本次勘探主要采用高密度电法来查明垃圾坑分布区域及深度范围。

3.1 工作方法

本次高密度电法勘探共布设6 条测线，测点共计210 个，测线总长度553m。其中I 测线沿东西向布设，电极间距2m，布设测点60 个，测线长118m。Ⅱ－Ⅵ测线沿南北向布设，电极间距均为3m，每条测线各布设测点30 个，测线长均为87m。详见图2 勘探线及验证钻孔布置图。

图2　勘探线及验证钻孔位置

野外测量时先将全部电极置于等间距测点上，然后通过程控电极转换器和电测仪进行数据采集。因为电极是一次布置完成的，数据采集是程序控制自动进行的，其工作效率很高。一次布置完电极后，可以进行多种电极装置的测量，从而获得丰富的地电断面信息，其解释成果也有较高的准确性[3]。本次勘探仪器采用WGMD － 4 型高密度电法系统。野外数据采集采用温纳排列方式。采用二维高密度处理软件对采集数据进行分析解译。

3.2 成果分析

图3　剖面1 电法解释 图4　剖面II 电法解释

由图3、4 反演剖面解译成果图看出，浅部电阻率横向变化较大，局部有低阻凹槽，表征了回填土层的不均质性。随深度增大，电阻率呈递增趋势，分布呈层性较好。按此解译原则，图3 测线I － I’反演剖面图，在测线0 ～ 24m 范围，埋深0 ～ 10m 左右；测线24 ～ 94m 范围，埋深0 ～ 8m 左右；测线24 ～ 118m 范围，埋深0 ～ 10m 左右，电阻率均＜ 60Ω · m，且电阻率分布无规律，该深度范围推测为回填物。在埋深8 ～ 14m 为相对高阻层，电阻率在70 ～ 108Ω · m，推测该区域为垃圾坑底，进入卵石层。根据上述电阻率特征，图4 测线II － II’反演剖面图，在测线0 ～ 9m范围，埋深0 ～ 6m 左右；测线9 ～ 60m 范围，埋深0 ～ 10m 左右；测线60 ～ 87m 范围，埋深0 ～ 8m 左右均为回填物。测线II － II’

与测线I － I’交点位置为43.5m，该测点在II － II’反演剖面图中电阻率在70 ～ 108Ω · m 范围，测线交点处对应深度为10.1m。

3.4 钻孔验证

在图2 中 I ～ VI 物探线交点处布置 5 个钻孔，进一步验证高密度电法勘探成果。以电阻率 70 ～ 108Ω · m 对应深度为分界面，对 II ～ VI 共 5 条测线分别进行电法成果解译。利用 5 个钻孔资料对高密度电法进行对比分析，结果表明电法成果图中电阻率分布呈层性好，电阻率范围 70 ～ 108Ω · m 的层段，作为垃圾坑底分层界面是合理的，且总体精度较高，平均误差小于 1m。

4、结语

总之，本次研究结果表明，高密度电法探测出场地规模和空间分布情况，为设计工作提供了科学的依据，弥补了钻探、坑探等只反映单点情况的局限性，避免因场地条件限制而无法真实反映垃圾坑实际情况，具有实际推广价值。

参考文献：

[1] 曾宣源. 高密度电法在某边坡岩土工程勘察中实测案例成果的分析[J]. 资源信息与工程，2017，32（03）：109-110.

[2] 杨顺榜. 高密度电法在岩土工程勘察中应用[J]. 建材与装饰，2017（09）：227-228.

[3] 王宗文. 高密度电法在某边坡岩土工程勘察中实测成果分析[J]. 勘察科学技术，2013（04）：55-57.